为车用复合压缩天然气储气罐提供解决方案

来自全球的挑战

公路运输约占欧盟二氧化碳总排放的五分之一，二氧化碳（CO2）是主要的温室气体来源（类似于美国的情况）。2009年的法规规定了2015年目标为130克/公里的二氧化碳，2021年的标准为95克/公里的二氧化碳。 95克/公里的目标对应于燃油消耗每100公里约3.8升。 如上所述，CNG燃料车辆比同类汽油或柴油燃料车辆，排放的温室气体总量减少20%至29%（相对于使用生物甲烷的天然气车辆，温室气体减排约90%）。

Mikrosam 所开发的解决方案，旨在解决目前面临的巨大挑战。通过减少车辆重量以达到碳减排目标：

“对于每降低100公斤车辆的重量，减少燃料消耗可下降 0.25升/100 公里，提供减少碳排放约6-7克CO2/公里”。

重量减轻提供了降低运输部门燃油消耗和温室气体潜在成本的效益手段。使用气态材料替代普通燃料的车辆需要坚固、安全、重量轻的储罐，同时保持“正常”的车辆尺寸、重量和驾驶范围。传统的替代燃料箱由普通级的钢制成，随着时间的推移，气体会逐渐渗透到金属当中。这使得金属变脆，当过度磨损后，气体很可能从罐中泄漏。替代燃料箱使用复合材料（玻璃、碳纤维和树脂的混合物）的好处是它们能保持重量最小，同时提供高抗冲击性和长寿命。CNG燃料模块结合了减轻车辆重量及使用更清洁燃料的技术。复合型CNG储罐推进系统每100公里将消耗不到4公斤的CNG（压缩天然气），相应的燃料成本约4欧元。CO2排放量是每公里100克。

Mikrosam的智能工厂自动化解决方案  

自动化的新时代使工厂更加智能化，优化了制造流程！为最终客户提供完整的交钥匙解决方案，满足生产过程中高层次自动化的要求。

在过去的几年中，Mikrosam 一直致力于全自动化工厂制造系统，生产能够装载液化石油气、压缩天然气、氢气和其他类型的高压容器。这些生产线的容量可根据客户的要求大小定制，每年可达30,000到1,000,000。Mikrosam以清晰的眼光和长远的创新战略，不断发展。不仅在复合制造领域，而且在运动控制和过程自动化以及软件开发方面，都在为客户提供最高层次的复合生产价值。

基于许多特殊功能，麦格纳（Magna）的自动化生产单元是世界上的首例。其中之一是专利的自动切纱和续缠纤维机制，用于切割和放置用树脂浸渍的纤维……Mikrosam完全集成的解决方案在世界上尚属首次，采用自动化技术基础设施组成的多轴纤维缠绕机、Mikrosam先进的精密切割和续缠纤维专利解决方案，用于在卷绕过程中自动切割和续缠纤维料带；其所具有的机器人处理系统，能在生产线中的数个设备之间，搬运内胆、缠绕完成气瓶和固化后气瓶进行自动化搬运。此外，还包括与不同树脂系统固化要求相匹配的高科技固化炉。自动化的多组分树脂混合装置也是生产单元的一部分。在获得所需的树脂系统之后，该装置能够将其输送到复合材料（玻璃或碳纤维浸渍）的浸渍浴中。

多轴缠绕机配备了两个缠绕小车，升级的自动切纱和续缠纤维机制与之配合，一个用于缠绕主要的复材结构，另一个用于外部保护层的缠绕，确保在一台机器上通过一个缠绕周期实现CNG气瓶的完全连续生产。

在完成的罐装入固化炉中之前，用尺寸适应性缓冲检查装置进行目视检查。纤维缠绕机可调节不同尺寸的衬垫，直径从150毫米到500毫米，长度可达2米。纤维缠绕机本身配备了由24个伺服电机控制的坐标，使之当之无愧的成为世界上最先进的纤维缠绕设备之一。（图1）。

图1. CNG 储罐自动化生产线的一部分：纤维缠绕机及机械手处理复合CNG 罐。

这条生产线具备独一无二的灵活性，能够轻松实现不同尺寸气瓶的生产转换，通过编程即可实现；机械和电气部件都能自动调节，轻松自动实现新的尺寸气瓶生产。这种快速改变和调整每台设备的能力能够极大地提高整条生产线的产能。

工作站和整个生产工艺的控制和监控都能在一个操作位置实现，通过顶级自动控制系统（TCON）实现。它能够在一个地方管理生产线中集成的所有模块，记录原材料的消耗、整条生产线参数、每个工作站的产品跟踪和多个质量监测点的数据。

专家所带来的专业知识

作为一名专家，您有能力为您的客户提供价值，以简单易懂的方式教导他人，利用您的专业知识创造出一些东西，愿意和灵活地改善您的开发工作，始终致力于提高效率。在大量从事CNG储罐自动化生产单元的专业工程专家中，Mikrosam自豪地介绍了一种不同类型的专家，它负责与软件工程师的合作，以创建、编辑和模拟绕组程序。它的名字是Winding，它的头衔是Expert-Winding Expert™。
Winding Expert拥有非常用户友好的界面，多语言支持，专门用于缠绕、螺旋、过渡和其他定制的缠绕层和程序（图2）。

图2. 内部开发的软件 - Winding Expert™容器缠绕程序的一部分。

这位“专家”能够为所有类型的轴对称几何体创建缠绕程序，例如：压力容器（用于存储CNG、液化石油气、空气、水）管道、锥体等。它协助工作单元输送复合材料，令纤维缠绕的CNG储罐具有很好的机械性能；Winding Expert™使用其模块将所有必要的数据导出到必要的计算和分析的程序——有限元分析程序（FEA）。Winding Expert是一种很好的协作工具，因为它总能精确准确地预测原材料（树脂、玻璃、碳、芳纶等）的需要，以及生产复合材料的厚度、缠绕周期的持续时间等。

在Mikrosam的工作中，在生产周期的每个点进行控制质量必不可少

携手为客户提供优质解决方案的是一个控制软件——Winding Commander™。 其主要任务是为纤维缠绕机提供最先进和最丰富的控制应用。它可以指导机器的每一次移动，并且知道如何进行快速和准确的缠绕过程。它能时刻显示当前机器状态和数字控制单元状态的最重要信息，以及是否需要进行某些更改或是发出报警警告。

质量控制体系——QCS

QCS确保复合缠绕罐具有最佳的品质。该专用软件用于在生产线上生产油罐时在后台工作。它监控所有给定的参数，例如各种温度、纤维张力、缠绕程序等信息，启动或停止质量控制所需的许多其他数据点。

该软件的专长在于将所有数据安全地存储在数据库中，并可随时检索数据。如果您认为只有记者有报告的能力，那么您应该去看看QCS所创建的报告。它们非常全面。

在设置好完整的自动化生产线，并能够生产出精确的纤维和树脂零件后，客户可以看到其所定制的生产线正在运行。在得到客户的批准以后，将该生产线拆卸并运送到客户现场，并进行重新组装和调试。从自动化设施安装在客户工厂的那一刻起，即可以通过远程维护系统持续支持。客户通过互联网将生产线连接到Mikrosam公司，然后公司的人员对生产线软件和控制系统进行维护、提供可用的更新。

所有软件解决方案都会在自动化生产线的有效期内进行更新。

Mikrosam 的过程自动化处于最高水平。经验表明，复合制造过程自动化有很多原因。自动化制造系统执行操作，诸如加工、装配、检查、材料处理等，在某些情况下，需在同一系统中完成多个操作。这样的一个合理的自动化生产单元具有以下优点：提高产品的整体质量和一致性、提高生产效率、降低人工成本、提高工人的安全，避免了非自动化的高成本，大大缩短了循环时间、操作时间和工作处理时间。

为了满足所需的大容量生产能力，FW生产单元结合了：全面的自动化；避免瓶颈的最佳生产率；灵活的设备配置；单元内各组分之间的时序过程；减少材料浪费；提高能源效率；实时控制生产周期中每个点的质量；监控整个制造过程，并将安全功能集成在各种运行模式中。所有这些都包含在一个产品包中，并得到工程专家的充分支持、培训和帮助。

拥有在复合材料市场趋势方面超过26年的“开阔视野”。欧洲是天然气汽车的最大市场。随着欧洲和全世界对这个市场的需求不断增长，Mikrosam将自己的经验应用在了开发最先进的全自动高产能生产线上，用于生产纤维缠绕CNG、LPG气瓶和氢气瓶。除此之外，Mikrosam还提供6坐标纤维缠绕机用于复杂制品的生产、自动铺丝机/自动铺带机、预浸机和分切设备，以及软件产品等。来自全球40多个国家的客户，包括欧盟、日本、中国、俄罗斯和印度，对Mikrosam所提供的服务感到满意，因为Mikrosam的解决方案使他们能够超越其生产目标。此外，客户对于作为马其顿公司的Mikrosam在复合材料和机器人领域的能力和影响力方面也有积极的反应。公司管理层解释说，他们与客户的关系是建立在忠诚的环境和双赢的基础上的牢固关系。“我们将客户转变为我们的形象大使”。

未来是基于复合材料和工厂自动化的稳步发展，全自动或半自动化多组件系统。Mikrosam的目标也正在于此。

Mikrosam相信，公司的可持续增长来自于客户主要业务的增长。他们的愿景是明确的：继续发展和改进复合材料行业的创新，在各个领域都具有高度健康的发展潜力，并在制造过程中保持劳动和自动化、半自动化专业技术之间的平衡。